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La producción mundial de maíz tiene un valor de miles de millones de dólares al año y es clave para la seguridad alimentaria mundial porque es un alimento básico para miles de millones de personas.
La mayor parte de la producción de maíz depende de la lluvia natural, lo que la hace vulnerable a los cambios en los patrones de lluvia.
Es probable que esta limitación se intensifique en el futuro porque se prevé que el cambio climático provocará una disminución de las precipitaciones en muchas regiones. Esto podría disminuir los rendimientos en un 10 % para cuando las temperaturas globales hayan aumentado 4 °C. También se prevé que las sequías se vuelvan más frecuentes y severas.
También se pronostican temperaturas más altas para muchas partes del mundo y tendrán efectos directos en el crecimiento y la productividad del maíz. El calentamiento también conducirá a una mayor evaporación , lo que significa que las plantas pierden más agua.
Pero es difícil predecir los efectos de un clima cambiante en el rendimiento de los cultivos. Esto se debe a que los efectos de la lluvia y la temperatura pueden interactuar de formas complejas. El aumento del dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera, que es el resultado de la industrialización, solo aumenta la incertidumbre. Sin embargo, una nueva investigación realizada en Sudáfrica, muestra que se pueden compensar algunos de los impactos del secado y el calentamiento en los cultivos de maíz en regiones tropicales como las que se encuentran en gran parte de África.
Por qué importa el CO₂
El CO₂ es un recurso importante para la fotosíntesis y su baja disponibilidad en la atmósfera ha sido un factor limitante importante para el crecimiento de las plantas durante milenios. Esto ha llevado a algunos grupos de plantas, en particular a las gramíneas, a desarrollar una ruta fotosintética que concentra CO₂ y hace que la fotosíntesis sea más eficiente en condiciones bajas de CO₂.
El maíz también tiene esta vía, conocida como fotosíntesis C4. En condiciones cálidas y húmedas, su crecimiento no está limitado por la disponibilidad de CO₂ y, por lo tanto, no obtiene ningún beneficio directo del aumento del CO₂ atmosférico.
Sin embargo, el CO₂ elevado permite que las plantas absorban suficiente CO₂ mientras mantienen los poros de las hojas (estomas) parcialmente cerrados. Esto disminuye la pérdida de agua de las plantas y podría aumentar potencialmente la tolerancia a la sequía del maíz.
Estos estudios encontraron que el CO₂ elevado generalmente tuvo un efecto positivo en el crecimiento del maíz y compensó la limitación de agua y el calentamiento. Sin embargo, las temperaturas y el estrés hídrico son mucho más altos en la mayor parte de África y otras regiones tropicales que en Europa y los EE.UU., lo que plantea la pregunta de si el CO₂ elevado puede ayudar a superar la reducción de las precipitaciones en estas condiciones mucho más desafiantes.
Los científicos se propusieron abordar esta brecha de conocimiento . A través de una serie de experimentos realizados en la provincia del Cabo Oriental de Sudáfrica, descubrieron que es probable que las futuras concentraciones atmosféricas de CO₂ beneficien la producción de maíz en regiones tropicales de cultivo como las que se encuentran en muchas partes de África. Esto puede ampliar la futura superficie de tierra disponible para el cultivo de maíz de secano al hacer que la producción de maíz sea más eficiente en el uso del agua.
Sin embargo, aunque el CO₂ puede prolongar la disponibilidad de agua en el suelo y ralentizar el efecto de la sequía en la fotosíntesis, no puede compensar por completo la falta de precipitaciones. Por lo tanto, la estacionalidad de las lluvias sigue desempeñando un papel importante para determinar dónde se puede cultivar el maíz. Con más datos de las regiones tropicales de cultivo, aumentará la capacidad de predecir esto.
Una serie de experimentos
Se requieren experimentos para predecir los efectos interactivos del aumento de la sequía y el aumento del CO₂ en los rendimientos del maíz; estos estudios permiten a los científicos manipular cada uno de estos factores, individualmente y en combinación.
Si bien manipular el agua es bastante sencillo, experimentar con el CO₂ atmosférico requiere instalaciones especializadas y costosas. Por lo tanto, no sorprende que los principales experimentos sobre los efectos de la temperatura, el agua y el CO₂ se hayan realizado en condiciones templadas en el hemisferio norte, donde se concentran los recursos de investigación.
En 2018, la Universidad de Rhodes en Sudáfrica inauguró la primera instalación de investigación de plantas de CO₂ elevado a gran escala de África. Aquí, en cámaras especiales abiertas, se exponen seis cultivares de maíz diferentes creados para climas sudafricanos a tratamientos de sequía y riego en condiciones ambientales y elevadas de CO₂, y a temperaturas elevadas.
Las plantas se cultivaron durante la temporada de verano y se regaron diariamente o se dejaron crecer con solo la poca lluvia que caía naturalmente. El área de estudio recoge muy poca lluvia en verano para ser una región de cultivo de maíz viable; esto permitió simular los efectos de la sequía en condiciones de verano cálido y seco.
Para examinar el efecto del CO₂ atmosférico, los investigadores compararon las condiciones actuales de 400 partes por millón (ppm) con las previstas para fines del siglo XXI (800 ppm). La temperatura del aire en las cámaras abiertas fue de 4 a 5 °C más alta que la temperatura ambiente, lo cual está en línea con las predicciones climáticas futuras.
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| La coautora del estudio, Tebadi Burgess (de soltera Bopape) sostiene plantas de maíz que cultivó a concentraciones de CO₂ atmosférico actuales o futuras con y sin sequía. |
Conclusiones
En ambiente con CO₂ y sin riego, las plantas tuvieron rendimientos muy bajos. Las plantas regadas con niveles elevados de CO₂ tuvieron rendimientos casi cuatro veces más altos.
La adición de CO₂ elevado a las plantas sin riego dio como resultado el mismo crecimiento y rendimiento que el riego con CO₂ ambiental. Esto muestra que el CO₂ elevado tuvo el mismo efecto en las plantas que el riego diario y, por lo tanto, compensó completamente la sequía. Cuando se les dio CO₂ adicional, las plantas necesitaron menos agua, porque podían cerrar parcialmente los poros de sus hojas y evitar la pérdida de agua.
Los rendimientos del maíz irrigado aumentaron con la adición de CO₂. Esto sugiere que incluso bajo riego, el clima cálido y seco puede causar estrés hídrico y reducir la productividad.
Esta investigación muestra que las futuras concentraciones atmosféricas de CO₂ podrían ayudar a aliviar los efectos del calentamiento y la sequía, incluso para la producción de regadío.
Sin embargo, se necesita más investigación para determinar los efectos de las concentraciones intermedias de CO₂ entre 400 y 800 ppm, que se experimentarán de aquí a finales de siglo. También se necesitan datos sobre los efectos de otras variables, como el tipo de suelo y la severidad del clima, para calibrar modelos realistas para pronosticar la producción futura de maíz.
Fuente: B S Ripley, T M Bopape, S Vetter, A doubling of atmospheric CO2 mitigates the effects of severe drought on maize through the preservation of soil water, Annals of Botany, Volume 129, Issue 5, 11 April 2022, Pages 607–618, https://doi.org/10.1093/aob/mcac015
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